鈮-百科詞條

　　元素符號Nb，鋼灰色金屬，在元素週期表中屬VB族，原子序數41，原子量92.9064，體心立方晶體，常見化合價為+5、+4。

　　1801年英國化學傢哈奇特（C.Hatchett）在分析礦石時發現瞭一種新元素，命名為columbium（鈳）。1844年德國化學傢羅瑟（H.Rose）宣稱他發現瞭一種“新”元素，因其性質和鉭（tantalum）相似，在自然界和鉭共生，鉭是按希臘神話人物Tantalus(坦塔羅斯)命名的，於是就按按Tantalus女兒Niobe(尼俄柏)的名字，給新元素定名 niobium。1866年確定鈳和鈮是同一個元素；1951年國際純粹化學與應用化學聯合會（IUPAC）決定將其名稱統一為niobium(鈮)，但有些國傢仍沿用columbium。

　　1866年佈洛姆施特蘭德（C.W.Blomstrand）首次用氫還原氯化鈮得到金屬鈮。20世紀30年代開始，鈮以鐵合金（鈮鐵）形式用於煉鋼和用碳化鈮制造高速切削工具。第二次世界大戰中，含鈮的高溫合金用於制作燃氣輪機，此後還研究瞭鈮合金的各種性能和用途。中國於60年代初建立鈮冶金工業。

　　資源　鈮和鉭的物理化學性質相似，在自然界礦物中多為共生。劃分鈮礦或鉭礦主要是根據礦物中鉭和鈮的含量。一般將含Nb₂O₅：Ta₂O₅大於20的礦物稱為鈮礦，含Nb₂O₅：Ta₂O₅為3～20的礦物稱為鈮鉭礦，其他為鉭礦。含鈮礦物已發現有130種左右，其中最主要的是燒綠石[(Ca，Na)₂(Nb，Ta，Ti)₂O₆(OH，F)]和鈮鐵礦[(Fe，Mn)(Nb，Ta，)₂O₆]。其他還有褐釔鈮礦[(Y，Er，Ce，Fe)(Nb，Ta，Ti)O₄]，鉭鐵礦[(Fe，Mn)(Ta，Nb)₂O₆]，黑稀金礦[(Y，Ca，Ce，U，Th)(Nb，Ta，Ti)₂O₆]和鈦鈮鈣鈰礦[(Na，Ce，Ca，Sr)(Ti，Nb）O₃]等。鈮、鉭酸鹽的砂礦也有工業開采價值。世界上多數鈮礦石的品位為0.2～0.6％，選礦後得到的標準鈮精礦品位為50～65％(Nb，Ta)₂O₅。世界鈮礦儲量(以鈮計)已查明的為760萬短噸(1短噸=907.2公斤)。鈮礦主要分佈在巴西、加拿大、蘇聯和非洲一些國傢。泰國和馬來西亞的錫渣也是鈮的一個來源。1979年世界鈮礦的產量(以鈮計)為2.3萬短噸。中國具有工業價值的含鈮礦物已發現有：鈮鐵礦、鈮鉭鐵礦、褐釔鈮礦、含鈮鈦鐵金紅石、易解石、燒綠石等以及一些含鉭鈮酸鹽的砂礦，儲量豐富。中國某些煉鋼爐渣和熔煉錫渣也是提取鈮的重要資源。

鈮的主要物理性質

　　性質和用途　鈮的超導轉變臨界溫度9.25K，原子的熱中子吸收截面1.1靶恩，標準電極電勢Nb/Nb⁵⁺0.96伏。

　　鈮和鉭的化學性質很相似，都是非常穩定的化學元素。鈮對於很多腐蝕性介質在冷態或稍熱的條件下不起反應。致密的鈮在空氣中隻在溫度高於200℃時才明顯氧化。鈮同氯於200℃、同氮於400℃、同氫於250℃才發生反應。常溫下鈮對許多種酸和鹽的溶液都是穩定的，但溶於氫氟酸、氫氟酸和硝酸的混合酸以及濃堿溶液。鈮有多種氧化物，最穩定的為五氧化二鈮(Nb₂O₅)。鈮同氫生成固溶體和金屬氫化物（NbH，NbH₂）。鈮對氫的吸收是可逆的，在加熱和真空下又能將氫析出。氮化鈮(NbN)為淺灰略帶黃色的化合物，其超導轉變臨界溫度為15.6K。

　　鈮同一些原子半徑小的元素如硼、碳、矽、氮等生成的化合物都具有很高的熔點和很大的硬度。鈮同鹵素生成鹵化物、鹵氧化物和絡酸鹽，其中重要的有：五氟化鈮(NbF₅)、五氯化鈮（NbCl₅）、三氯氧鈮(NbOCl₃)、氟鈮酸鉀(K₂NbF₇)和氟氧鈮酸鉀(K₂NbOF₅·H₂O)。

　　鈮以鈮鐵形式用於鋼鐵工業，消費量占世界鈮消費量的85％以上，多用於碳素鋼和高強度低合金鋼。鈮在鋼中的主要作用是通過控制脫溶碳化鈮的大小和分佈，而達到提高鋼的抗磨損性、抗腐蝕性、晶粒細化和脫溶強化，從而改善鋼的性能。鑄鐵中添加鈮能析出堅硬耐磨的碳氮化鈮相，從而提高強度和延長使用壽命。鈮在高溫合金中的消費量占總消費量的10％左右。鈮和鈮合金可用作宇宙飛船及其重返大氣層時的耐高溫結構材料、原子反應堆的結構材料，並且用於制造石油和化學工業中的耐酸設備、熱交換器和加熱器等。含鈮、鎳、鈷的超級合金（superalloy）可用於制作噴氣發動機的部件。鈮同鈦、錫、鋯、鋁、鍺的合金或金屬化合物所形成的超導體具有重要意義，鈮鈦合金和鈮錫化合物(Nb₃Sn)是目前已經應用的主要超導材料。鈮在酸性電解液中也能形成陽極氧化膜，這種陽極氧化膜的性能雖不如鉭的陽極氧化膜穩定，但由於鉭的資源較少，所以，以一部分鈮代替鉭，用鈮鉭合金制造小型電解電容器，這種電容器已在民用電子產品中逐步得到應用，並有廣闊前景。氧化鈮可作高折射率的光學玻璃的添加劑。鈮酸鋰是一種優良的壓電晶體，用於彩色電視濾波器和雷達延遲線等。鈮酸鍶鋇單晶可制造激光通信裝置的調制器。碳化鈮可制造超硬工具和模具。二硒化鈮粉可作電動機械和儀表裝置的自潤滑填充劑。1981年鈮在美國各部門的消費比例為：交通運輸32％，建築工業31％，石油及天然氣16％，機械工業11％，其他10％（見鉭）。

　　鈮的冶煉　包括分解精礦、分離鉭鈮、制取化合物和金屬、精煉等過程。鈮的生產工藝流程與鉭大致相同。金屬鈮的工業生產方法有碳熱還原法、鈉熱還原法和鋁熱還原法。（見金屬熱還原）。

　　碳熱還原法　制取金屬鈮工藝流程見圖。